變電站GPS時間同步系統的結構、時間同步方式與技術應用

王付衛

（云南電網公司玉溪供電局，云南 玉溪 653100）

眾所周知，GPS技術可以覆蓋全球，每天24個小時，實時向人們提供精確度極高的位置、速度、時間等信息。目前，GPS技術為全球的資源共享，被人們廣泛應用在導航與定位及授時等相關領域。而在我國的電力系統中，GPS技術則主要應用在變電站中。通過網絡、RS232與RS485等方式將某些設備直接與前置機、遠動裝置網絡、串行口等進行連接。采用特定的協議達成通訊的目標。

1 變電站GPS時間同步系統的結構

變電站GPS時間同步系統主要是由同步時鐘的本體及時鐘的擴展裝置組成。同步時鐘的本體也可以叫做主時鐘，時鐘的擴展裝置也可以叫做時鐘。要根據實際狀況進行時鐘擴展裝置的組合。在時間同步的系統中，組合的形式多種多樣，根據不同用戶對于設備的不同要求，主時鐘能夠通過電網頻率的測量、網絡時間服務器等進行調配。

首先，最簡式的時間同步系統。這個系統主要通過一個主時鐘、時間信號傳輸的介質、用戶設備組合而成。顧名思義，最簡式的時間同步系統就是設備結構比較簡單，易于日常維護。但是缺點就是僅靠一個主時鐘來接收一路的GPS衛星，如果在主時鐘接收不到傳遞的GPS信號后就可能影響內部晶振走時的精準確度。另外，當主時鐘出現某些故障時，用戶的設備中的時間信號就只能依靠自身的時間走時進行日常活動。因此最簡式時間同步系統非常適用在地縣調自動化系統和用戶設備較少且低于110kV的變電站中。

其次，主備式的時間同步系統。這個系統主要通過二個主時鐘、時間信號傳輸的介質、用戶設備組合而成。與最簡式的時間同步系統相比，主備式的時間同步系統補充了最簡式的時間同步系統中的不足之處，已經完全能夠勝任網省調的自動化系統。

第三，主從式的時間同步系統。這個系統主要通過一個主時鐘、多個從時鐘、時間信號的傳輸介質、用戶設備組合而成。主從式的時間同步系統中，每一個用戶的設備只和與之相關的從時鐘進行聯系，因此，不會導致其他的設備同時發生時間失步的情況。但是，同時不能保證如果主時鐘接收不到GPS信號時或者主時鐘出現某些故障的情況下不發生時間失步的狀況。因此，主從式的時間同步系統往往使用于設備比較分散但是距離比較遠的環境中。

第四，主備主從式的時間同步系統。這個系統主要通過二臺主時鐘、多個從時鐘、時間信號傳輸的介質、用戶設備組合而成。主備主從式的時間同步系統主要由兩套GPS衛星的接收信號、兩套的主時鐘構成，因此在一個主時鐘可能接收不到的GPS信號、出現某些故障之后仍然可以自動通過另一個主時鐘來接管。因此，這種主備主從式的時間同步系統主要適用在330 kV以上的二次設備分散式布置的變電站中。

2 變電站GPS時間同步系統的時間同步方式

變電站GPS時間同步系統的時間同步方式主要有三種：通信對時方式、脈沖對時方式、脈沖對時方式和串行通信方式相結合的方式。

首先，通信對時方式中的時間報文主要由年、月、日、時、分、秒等組成，也可以采用用戶所指定的特殊內容。比如，接收到的GPS衛星數、警報信號等等。通信對時方式主要容易受距離的限制，因此造成時間的延時。但是通信式對時方式的GPS能夠用通信報文把精準的時間發送到總控制的通信單元。而總控通信的單元可以通過現場的總線及串行總線，以廣播報文的方式把時間的信號傳遞到各個保護裝置、測控裝置及第三方的智能化設備中。如果采用軟件對時，則系統可以妹分鐘發送一次對時報文。這樣，不但節省了專用的硬件設備，而且不用單獨敷設電纜，大大降低了成本。但是，這種對時方式的劣勢在于對時總線的環節比較多，容易出現對時拖延，導致不同裝置出現時間差。

其次，脈沖對時方式，這種方式主要通過秒脈沖信號與分脈沖信號構成。秒脈沖通過利用GPS進行時間同步的校準工作，以此獲得和UTC同步的時間精準度。這種方式的結構特點主要是通過GPS裝置將過脈沖的擴展板與同步脈沖進行擴展并放大隔離后傳送輸出。再次通過通訊電纜和保護裝置、測控裝置以及第三方的智能化設備進行連接。

第三，脈沖對時方式與串行通信的方式相結合。這種方式的結構特點比較明確：通過對當前變電站普遍采用的脈沖與串行通信進行組合，通過軟件對時，對時系統可以每分鐘就發送一次對時報文。對時裝置能夠獲取時間報文中的年，月，日，時，分，秒等信息。采用脈沖對時，則可以保證秒、毫秒的精準度。這種對時方式的組合，可以保證變電站的智能化設備時間同步。也是目前我國變電站中普遍采用的一種對時方式。

3 變電站GPS時間同步系統的技術應用

首先，對于比較小型的變電站中，各種保護及測量監控裝置的自身一般不帶有硬件時間的同步接口電路。因此也就需要通過總控單元來進行串口或網絡方式保持時間同步。對于這種同步系統的應用，變電站可以不用裝GPS的接收設備，主要通過調度主站的GPS時鐘做為基準時間的來源。變電站的通信主機進行接收與解釋調度主站傳送的同步時間報文。變電站GPS時間同步系統技術應用在比較小型的變電站中，要先同步自身的時間，然后通過站內的網絡傳送報文。這樣，保持自動化裝置的時間同步。雖然這種方式的應用對對時要求的精度不太高，但由于非常節約資源減少了投資，因此非常適和應用在小型的變電站中。

第二，網絡時間的同步和脈沖時間的同步相結合。在l10kV以上的變電站中比經常應用網絡時間同步方式，因為這種時間同步系統精度不太高。而脈沖時間的同步方式即使精準度比較高，但是也不經常應用在變電站中，因為脈沖時間同步方式不能完整的提供時間信息。所以，為了能夠最大限度的保證時間的精準與完整，在110kV以上的變電站中，我們應用網絡時間同步與脈沖時間同步的組合形式。這樣，不僅僅綜合利用了網絡時間同步方式與脈沖時間同步方式兩者的優勢，即對110kV以上的變電站設備進行了時間同步而且還提高了220kV以上等級的變電站的精確性和可靠性。所以，這種應用模式是軟硬相結合的時間同步方式。

第三，B碼時間的同步應用。通過這種方式的時間同步保護、測量、監控主要智能化設備。當時間信號的輸出單元中的B碼傳輸出B碼對時模塊所接收到的時間同步信號，并對各種設備進行時間同步。在這種狀況下，可以單獨進行保護、測量、監控主要的智能化設備的時間同步。這種應用模式，保證了時間同步的信號能夠通過網絡傳送到保護、測控等裝置。由于，保護測控等設備也利用B碼時間進行同步，所以被授時的設備應該屏蔽掉網絡時間的同步信號，單獨采用B碼時間同步信號。這種變電站GPS時間同步系統對于裝置不僅實現了時間同步，而且精準度達到了最高。

結語

伴隨我國國民經濟的飛速發展，我國電力系統對于時間統一的要求越來越嚴格。尤其對于那些超高壓的變電站來說，時間的同步結構、方式、精度非常重要，對于時間同步系統的要求也越來越高。因此，采用變電站中GPS時間同步系統可以使變電站更加數字化、智能化。從以上對于GPS變電站GPS時間同步系統的結構、時間同步方式及技術應用的論述來展示對時技術對于電力系統的重大作用。采用變電站中GPS時間同步系統不但是內部時間得以統一，而且也實現了變電站無需人員值班的目標。在不斷達到國家電網調度的經濟安全運行的目標的同時，更實現了變電站時間同步系統的應用更加簡單、可靠。

[1]陳宏,喻子易.變電站GPS授時方式與二次設備時間同步[J].湖北電力.2009(01).

[2]雷霆,李斌.220kV變電站GPS時間同步系統實現技術[J].電力自動化設備.2007(11).